ХІРУРГІЧНЕ ВПЛИВ ФОКУСУВАНОГО УЛЬТРАЗВУКУ НА ВНУТРІШНІ СТРУКТУРИ ОРГАНІЗМУ

Сфокусований ультразвук знайшов застосування в медичній хірургічній практиці для вирішення ряду специфічних завдань. У практичній ветеринарії він поки не використовується, оскільки це вимагає стаціонарних умов і спеціальної техніки. У той же час вплив фокусованим ультразвуком широко застосовується в практичній медицині для руйнування невеликих утворень в глибині організму без травмування оточуючих тканин і порушення цілісності шкірних покривів, а також в експериментальній біології для отримання інформації, необхідної при розробці нових методів діагностики і лікування.

Фокусування ультразвуку

Інтенсивність ультразвуку, випромінюваного пьезопреобразователь, зазвичай не перевищує 10 Вт / см 2 , тому якщо в деякому обмеженому обсязі потрібно отримати ультразвук більш високих інтенсивностей, його фокусують, використовуючи випромінювачі з увігнутою поверхнею, увігнуті відбивачі ультразвуку, ультразвукові лінзи або системи, що складаються з декількох окремих випромінювачів, керованих за допомогою комп'ютера і розташованих так, щоб випромінюються ними ультразвукові промені перетиналися в потрібному місці простору. Найчастіше використовують керамічний випромінювач, що є частиною сфери і фокусують ультразвукову енергію в області центру кривизни поверхні, що випромінює (рис. 4.2).

Фокальна область являє собою еліпсоїд обертання, витягнутий в напрямку поширення ультразвукових хвиль. Діаметр фокальної плями залежить від частоти ультразвуку і зменшується з її збільшенням. Теоретично в середовищі, що не поглинає ультразвук, через фокальную область проходить не більше 84% енергії від

Геометричні характеристики сферичного випромінювача і фокусированного ультразвукового поля

Мал. 4.2. Геометричні характеристики сферичного випромінювача і фокусированного ультразвукового поля:

R - радіус випромінювача; F- фокусна відстань; h - глибина; а - кут розкриття; г і / - радіус і довжина фокальній області відповідно

випромінювача. Очевидно, що в тканинах, коефіцієнт поглинання яких завжди відмінний від нуля, ця величина ще менше.

Точна форма області руйнування тканини залежить від її структури і властивостей. У однорідної тканини вогнище руйнування за формою нагадує еліпсоїд. Нелі ж опромінюваний ділянка складається з різних тканин, що відрізняються чутливістю до ультразвуку, то передбачити заздалегідь форму ураженої зони виявляється вельми непросто. При впливі на мозок, наприклад, селективно може бути зруйноване біла речовина, так як сіра речовина і судинна система менш чутливі до ультразвуку.

Останнім часом в практику входять також фазовані решітки-випромінювачі, які містять ряд окремих п'єзоелементів, порушуваних черзі відповідно до особливої алгоритмом. Такі електронно-керовані решітки дозволяють фокусувати ультразвук в потрібному місці простору.

Сучасні фокусують системи дозволяють отримувати в фокальній області ультразвук з інтенсивністю, яка вимірюється десятками тисяч Вт / см 2 .

Характеристики ультразвуку в фокальній області легко оцінити, знаючи розміри і радіус кривизни керамічного перетворювача, а також частоту ультразвуку і його інтенсивність у випромінюючої поверхні. Так, радіус фокальній області визначають за формулою

де F- відстань від фокальної області до випромінювача;

R - радіус кривизни випромінювача;

X - довжина ультразвукової хвилі.

де а - кут розкриття випромінювача.

Інтенсивність в фокальній області

Якщо кут розкриття не перевищує 45 °, то максимальна інтенсивність в центрі фокальної області:

Сходячись в фокусі, ультразвукові хвилі потім розходяться знову. При цьому знак кривизни фронту хвилі змінюється на зворотний (рис. 4.3). У самій фокальній області хвилю можна вважати практично плоскою і використовувати для розрахунків відомі співвідношення для плоскої хвилі (див. §§ 1.1; 1.2).

Фокальную область випромінювача поєднують з ділянкою, який необхідно зруйнувати, використовуючи стереотаксичну установку.

Повітря між випромінювачем і тканиною, як відомо, є непереборною перешкодою для ультразвуку. Тому простір між випромінювачем і поверхнею заповнюють рідиною в мішечку з тонкої гуми. Найчастіше в якості контактної рідини використовують дегазована воду. У такій воді під дією ультразвуку не виділяються бульбашки газу, які поглинають акустичну енергію.

Біологічні ефекти істотно залежать від інтенсивності сфокусованого ультразвуку, а виміряти інтенсивність у фокусі вельми непросто. Тому її вимірюють зазвичай у воді, акустичні ха-

Зміна знака кривизни фронту хвилі при переході через фокус рактеристики якої близькі до характеристик біологічних середовищ

Мал. 4.3. Зміна знака кривизни фронту хвилі при переході через фокус рактеристики якої близькі до характеристик біологічних середовищ. Розроблено багато методів вимірювання інтенсивності ультразвуку, в тому числі і фокусированного, але зручніше за все користуватися радіометричним методом, за допомогою якого вимірюють тиск звуку на платівку, підвішену до коромисла терезів і опущену в воду.

Загальна потужність випромінювача W пов'язана з чинною на поверхню пластинки силою F простим співвідношенням W » kFдля відбиває і співвідношенням W ** 2kFдля поглинає поверхні.

Якщо силу вимірювати в грамах, то k - 7,35.

Середня інтенсивність в фокальній області

де S = кг% - площа поперечного перерізу фокальній області. Коефіцієнт 0,84 вказує на те, що в фокальную область потрапляє 84% всієї енергії, що випромінюється перетворювачем.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >